NCL简介和安装方法

NCL(The NCAR Command Language)是一种专为气象数据处理和可视化设计的高级编程语言,提供了文件I/O、数据处理和可视化等功能。本文详细介绍了NCL的安装、运行及主要功能,包括文件读取、数据处理和绘图,并提供了安装指南和测试脚本。

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NCL是什么?
NCL(The NCAR Command Language)是一种专门为科学数据处理以及数据可视化设计的高级语言,很适合用在气象数据的处理和可视化上。NCL包含了现代编程语言的许多常见功能:条件语句、循环、数组运算等。此外,NCL还包括许多有用的内置函数和过程用来进行处理和操作数据,其中包括统计函数、插值、EOF分析、波谱分析等。
NCL的设计目标是为了方便地从各种格式的文件中读取数据,进行数据处理,数据可视化。NCL有两种运行模式:第一种是命令行交互式运行,用户每输入一个命令或表达式就会立即得到执行。第二种是批处理模式,通过编写NCL脚本,一次性完成所有操作。
NCL主要包括以下三个方面的功能:首先是文件I/O功能。NCL有独特的语法,可以访问数据文件中的变量。也可以访问变量的其他信息(元数据 metadata),比如网格坐标信息、单位、缺测值等。第二是NCL的数据处理功能,比如求数据的平均值,做线性回归等。想要掌握这部分功能需要具备一定的编程经验,也需要对NCL语言有相当程度的了解。最后是数据可视化。使用NCL绘图的语法命令很简单,但是使用时会比较复杂。

NCL官方网站: http://www.ncl.ucar.edu/index.shtml

NCL的安装
NCL现在的最新版本是5.2.0,于2010年4月发布。
NCL可以在多种操作系统下运行,其中包括Windows(Cygwin),GNU/Linux,MacOS,Solaris 10等。从网上可以免费获取NCL的源代码和编译好的二进制程序,下载相关 http://www.ncl.ucar.edu/Download/。由于NCL的下载需要先注册账号,为了方便获取软件,我将部分程序传到了网络U盘中 http://u.115.com/folder/f1380ee578
如果是下载的预编译的NCL,安装过程就比较简单。如果想自己编译源代码,那就需要花些功夫。下面只介绍如何在Linux和Windows下安装预编译好的NCL,更多的信息可以 访问这里。想从自己编译源代码可以 访问这里获取相关信息。

Windows下安装NCL要先安装Cygwin。
在安装Cygwin时需要安装这几个软件:
Category " Devel": autoconf, binutils, bison, byacc, flex, gcc, gcc4, gcc4-fortran, gcc-g++, gdb, make, makedepend, openssl-devel.
Category " Libs": expat, libcurl3, libexpat-devel, libgfortran3, libidn-devel, libxml2, sunrpc, zlib
Category " Net": libcurl-devel, libcurl4.
Category " Shells": bash, sh-utils, pdsh, tcsh.
Category " X11":  libX11-devel libX11-6 libXaw-devel libXaw6 libXaw7 libXm2 libXmu-devel libXpm4 libXt-devel libcairo-devel libcairo2 libfontconfig-devel libfontconfig1 libfreetype-devel libfreetype6 libxcb-devel xauth xclock xinit xorg-server xterm X-start-menu-icons X-startup-scripts


下载好NCL,将软件包(.tar.gz文件)存放在 Cygwin目录\home\用户名\ 路径下。
双击桌面的“Cygwin”图标,然后。
$ mkdir /opt/NCL
建立一个目录
$ cd /opt/NCL
进入目录
$ tar zxf ~/ncl_ncarg-5.1.1.CYGWIN_NT-5.1_i686.tar.gz
解压
$ ls
你 可以看到 bin include lib 三个目录
$ vi ~/.bashrc
在文件最末尾加入:
#NCL
export NCARG_ROOT=/opt/NCL
export PATH=$PATH:$NCARG_ROOT/bin

保存文 件,退出。
$ source ~/.bashrc

Linux下的安装过程和Cygwin下安装基本一致。
如果无法获得root权限,将NCL放在/home/ 路径下比较好。
下载好NCL,将软件包(.tar.gz文件)存放在 /home/用户名/ 路径下。
$ mkdir NCL
建立一个目录
$ cd NCL
进入目录
$ tar zxf ../ncl_ncarg-5.1.1.Linux_i686_gcc412.tar.gz
解压
$ ls
你可以看到 bin include lib 三个目录
$ vi ~/.bashrc
在文件最末尾加入:
#NCL
export NCARG_ROOT=/home/用户名/NCL
export PATH=$PATH:$NCARG_ROOT/bin

保存文件,退出。
$ source ~/.bashrc
这样就完成了NCL的安装和设置。
————————————————————————————————————
现在测试一下是否安装正确
$ cd ~/
$ mkdir temp
$ cd temp

建立临时目录,进入临时目录
$ ng4ex gsun01n
这条命令会复制gsun01n.ncl到当前目录,并运行 ncl < gsun01n.ncl
如果运行正常,会在X11窗口显示一张XY坐标图,单击鼠标进行图像切换。如果是在Cygwin下运行,需要先开启Cygwin/X server。
这个脚本测试完毕后,如果有兴趣,还可以测试gsunXXn,XX取值可以是01~11。
相关介绍

最后,下载 .hluresfile (文件名前有个 )复制到 /home/用户名/ 目录下。 相关介绍
完成这一步后,再运行 $ ng4ex gsun01n 会看到与先前测试不同的图像,因为.hluresfile的设置更改了NCL的ColorMap等环境变量。
<think>我们正在讨论NCL(NCARCommandLanguage)编程语言。NCL是一种专门为科学数据处理可视化设计的语言,广泛应用于气象、气候、海洋等领域。以下是对NCL的介绍及使用方法的概述。###NCL简介NCL是由美国国家大气研究中心(NCAR)开发的一种解释型语言,主要用于:-读取、处理分析科学数据(特别是NetCDF格式)-创建高质量的图形(如折线图、等值线图、矢量图等)-支持跨平台运行(Linux、macOS、Windows等)NCL具有丰富的内置函数库,特别适合处理网格数据(如模式输出、卫星观测等)。其语法类似于其他脚本语言(如Python),但针对科学数据操作进行了优化。###安装NCL由于NCL的官方安装指南可能更新,这里提供基本步骤(以Linux为例):1.**下载安装包**:从[NCL官网](https://www.ncl.ucar.edu/Download/)获取预编译版本。2.**解压并设置环境变量**:```bashtar-zxvfncl_ncarg-6.6.2.Linux_Debian_x86_64_nodap_gcc482.tar.gzexportNCARG_ROOT=/path/to/ncl#替换为实际路径exportPATH=$NCARG_ROOT/bin:$PATH```3.**验证安装**:运行`ncl-V`查看版本。>注意:也可通过Conda安装(推荐,便于依赖管理):>```bash>condacreate-nncl_env-cconda-forgencl#创建环境并安装>condaactivatencl_env>```###基本语法示例以下是一个简单的NCL脚本(读取NetCDF文件并绘图):```ncl;加载库load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"load"$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl"begin;1.读取数据file=addfile("data.nc","r");打开NetCDF文件temp=file->T(0,0,:,:);提取第一时次、第一层的温度场;2.创建图形wks=gsn_open_wks("png","temperature_plot");输出PNGres=True;设置绘图参数res@cnFillOn=True;启用填色plot=gsn_csm_contour_map(wks,temp,res);绘制等值线地图end```###核心功能1.**数据读取**:支持NetCDF、GRIB、HDF等格式,通过`addfile`函数访问。2.**数据处理**:提供数组运算、统计函数(如`dim_avg_n`)、插值(`linint2`)等。3.**可视化**:-多种图形类型:等值线图(`gsn_csm_contour_map`)、矢量图(`gsn_csm_vector_map`)、散点图等。-高度可定制:通过属性(如`res@tiMainString="标题"`)调整样式。4.**脚本结构**:NCL脚本以`begin`开始,以`end`结束;支持过程式编程。###学习资源-[官方教程](https://www.ncl.ucar.edu/Document/Manuals/)-[示例库](https://www.ncl.ucar.edu/Applications/)-社区支持:邮件列表、GitHub讨论等。###注意事项-**NCL已停止更新**:NCAR于2019年宣布停止维护NCL,转向Python(如PyNGL、PyNIO库)。新项目建议优先考虑Python生态(xarray、Cartopy等)。-**兼容性**:现有NCL脚本仍可运行,但长期维护需迁移。§§相关问题§§1.NCL如何处理NetCDF文件的时间维度?2.在NCL中如何绘制多子图(panelplot)?3.NCL与Python在科学数据处理上有哪些主要差异?4.如何将现有的NCL脚本迁移到Python?[^1]:安装参考步骤来自博客文章,实际安装请以官方指南为准。</think>### NCL编程语言介绍及使用 NCL(NCAR Command Language)是由美国国家大气研究中心(NCAR)开发的**科学数据处理可视化专用语言**,主要用于气象、气候、海洋等地球科学领域的数据分析图形生成。 #### 核心特点 1. **数据处理能力** - 原生支持NetCDF、GRIB、HDF等科学数据格式 - 内置数组运算函数:$ \text{dim\_avg\_n}(data, dim) $ 计算维度平均值 - 时间序列处理:$ \text{cd\_calendar}(time, option) $ 转换时间坐标 2. **可视化引擎** - 高质量出版级图形输出(PNG/PDF/PS等) - 等值线、矢量场、剖面图等专业图形: ```ncl res = True res@cnFillOn = True ; 启用填色 plot = gsn_csm_contour_map(wks, temp, res) ``` 3. **跨平台性** - 支持Linux/macOS/Windows(通过Cygwin) #### 基础语法示例 ```ncl begin ; 读取NetCDF文件 f = addfile("data.nc", "r") temp = f->T(0,0,:,:) ; 提取第一时次、第一层的温度场 ; 计算区域平均 avg_temp = dim_avg_n_Wrap(temp, (/0,1/)) ; 创建图形 wks = gsn_open_wks("png", "temperature_map") res = True res@tiMainString = "地表温度分布" plot = gsn_csm_contour_map(wks, temp, res) end ``` #### 安装指南(Linux示例) 1. **通过Conda安装**(推荐): ```bash conda create -n ncl_env -c conda-forge ncl conda activate ncl_env ``` [^1] 2. **验证安装**: ```bash ncl -V # 输出版本号即成功 ``` #### 典型应用场景 1. 气象数据分析:台风路径追踪、降水模式验证 2. 气候诊断:EOF分析、时间序列检验 3. 卫星数据处理:遥感数据可视化 4. 模式结果验证:WRF/CESM等输出分析 > **重要提示**:NCL已于2019年停止更新,NCAR官方推荐迁移至Python生态(xarray + Cartopy + Matplotlib),但现存大量科研代码仍使用NCL。[^1] ---
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